[發(fā)明專利]旋轉(zhuǎn)式超聲電機及其實現(xiàn)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710030160.0
• 申請日: 2007-09-07
• 公開（公告）號: CN101123405A
• 公開（公告）日: 2008-02-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張鐵民
• 申請（專利權(quán)）人: 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H02N2/10
• 分類號: H02N2/10
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 楊曉松

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及利用壓電效應(yīng)的電動機技術(shù)，尤其涉及一種旋轉(zhuǎn)式超聲電機及其實現(xiàn)方法。?

背景技術(shù)

目前已有的旋轉(zhuǎn)式超聲電機中，主要采用柱型的定子，和定子配合的轉(zhuǎn)子的一端為內(nèi)圓柱面，并且為單轉(zhuǎn)子輸出，普遍存在加工工藝復(fù)雜、驅(qū)動力不大的缺陷。專利號為“200410065703.9”的“微型桿式行波型超聲電機”依靠定、轉(zhuǎn)子之間的端面摩擦接觸，在其接觸區(qū)的圓盤面或者圓環(huán)面的內(nèi)、外圈部分由于定、轉(zhuǎn)子之間相對速度的差異，其內(nèi)、外圈接觸區(qū)磨損程度不同，轉(zhuǎn)子的輸出力矩與接觸區(qū)的圓盤面或圓環(huán)面的面積有關(guān)，尚未達到最大的輸出力矩；另外，壓電陶瓷采取二分區(qū)，為產(chǎn)生相互垂直的彎曲振動的合成，必須保證兩組壓電陶瓷片的極化分區(qū)線相互垂直，由此引起該電機裝配工藝復(fù)雜，成本增加。專利號為“200410065700.5”的“雙轉(zhuǎn)子柱體行波型單相驅(qū)動超聲電機”，依靠半球面轉(zhuǎn)子與金屬柱體的內(nèi)錐面接觸，實際接觸區(qū)為一圓周接觸線而非面接觸，容易磨損，另外需要將壓電陶瓷片相互垂直粘接在空心金屬彈性體的四個扁平面上，粘接和加工工藝復(fù)雜，成本高。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了克服以上現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供了一種輸出轉(zhuǎn)矩較大、結(jié)構(gòu)簡單、易于加工和控制的旋轉(zhuǎn)式超聲電機。?

本發(fā)明的另一目的在于提供旋轉(zhuǎn)式超聲電機的實現(xiàn)方法。?

本發(fā)明的目的通過以下的技術(shù)方案實現(xiàn)：旋轉(zhuǎn)式超聲電機，包括螺桿、壓緊機構(gòu)、軸承、轉(zhuǎn)子、定子、壓電元件，其特征在于：在所述螺桿上依次設(shè)置有壓電元件、定子、轉(zhuǎn)子、軸承和壓緊機構(gòu)，壓電元件、定子、壓緊機構(gòu)固定設(shè)置于螺桿上；定子與轉(zhuǎn)子相鄰的一端為圓錐面，轉(zhuǎn)子與定子相鄰的一端為與所述圓錐面配合的內(nèi)圓錐面。?

所述壓緊機構(gòu)包括依次設(shè)置于螺桿上的托盤、碟形彈簧和緊定螺母，碟形彈簧通過托盤壓緊軸承。?

所述壓電元件為壓電陶瓷片。?

所述壓電陶瓷片分為四個圓心角為90°的區(qū)，其中相鄰的兩個區(qū)沿軸向正向同向極化，另外兩個區(qū)沿軸向反向同向極化。?

所述定子的圓柱面周向有凹槽。?

在所述螺桿的一端從內(nèi)到外依次設(shè)置有壓電元件、定子、轉(zhuǎn)子、軸承和壓緊機構(gòu)，另一端的結(jié)構(gòu)跟上述一端的結(jié)構(gòu)完全對稱，兩個壓電元件的相對位置應(yīng)使其相應(yīng)的極化方向相反。?

上述的旋轉(zhuǎn)式超聲電機的實現(xiàn)方法，其特征在于：通過壓緊機構(gòu)調(diào)整轉(zhuǎn)子和定子之間圓錐面接觸的預(yù)緊力，定子、轉(zhuǎn)子圓錐面將沿軸向的預(yù)緊力轉(zhuǎn)化為沿徑向的預(yù)緊力，在相位差為90°的交變電流作用下，利用壓電元件激勵出定子的超聲頻域振動，產(chǎn)生同頻、同型、相位差為90°彎曲振動的兩個駐波，兩個駐波合成形成圓錐面的周向行波，在圓錐面的微觀質(zhì)點處形成橢圓運動的軌跡，在上述徑向的預(yù)緊力作用下產(chǎn)生摩擦力，然后借助摩擦力驅(qū)動轉(zhuǎn)子作旋轉(zhuǎn)運動。?

本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點：本發(fā)明的壓電陶瓷片分為四個圓心角為90°的區(qū)，其中相鄰的兩個區(qū)沿軸向正向同向極化，另外兩個區(qū)沿軸向反向同向極化。通過螺桿和緊定螺母、碟型彈簧和托盤調(diào)整轉(zhuǎn)子和定子之間圓錐面接觸的預(yù)緊力，定子、轉(zhuǎn)子圓錐形接觸面則將沿軸向的預(yù)緊力轉(zhuǎn)化為沿徑向的預(yù)緊力。旋轉(zhuǎn)式超聲電機在相位差為90°的交變電流作用下，利用壓電陶瓷片激勵出定子的超聲頻域振動(同頻、同型、相位差為90°彎曲振動的兩個駐波)，兩個駐波合成形成圓錐面的周向行波，亦即在圓錐面的微觀質(zhì)點處形成橢圓運動的軌跡，進而在徑向預(yù)緊力作用下產(chǎn)生摩擦力，然后借助摩擦力驅(qū)動轉(zhuǎn)子作旋轉(zhuǎn)運動，可以獲得較大的轉(zhuǎn)矩和斷電自鎖力。旋轉(zhuǎn)式超聲電機為雙轉(zhuǎn)子時，工作原理相同，不同的是兩個轉(zhuǎn)子作旋轉(zhuǎn)運動，驅(qū)動力更大，平穩(wěn)性更好。?

旋轉(zhuǎn)式超聲電機是直接由電能轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運動的機械能的新型電機，可實現(xiàn)正、反向連續(xù)運動，正反向運動切換靈活，性能一致。此電機具有結(jié)構(gòu)簡單、驅(qū)動力大、直接驅(qū)動、控制性好、無噪聲、無磁場作用等優(yōu)點，特別適合小型、小轉(zhuǎn)矩、多轉(zhuǎn)子輸出的旋轉(zhuǎn)運動裝置。?

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種旋轉(zhuǎn)式超聲電機(雙轉(zhuǎn)子)的結(jié)構(gòu)示意圖。?

圖2是圖1的兩個壓電陶瓷片的極化示意圖。?

具體實施方式

下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。?

實施例?